Статья:

Исследование причин излома путевого шурупа промежуточного скрепления ЖБР-Ш65

Конференция: L Студенческая международная научно-практическая конференция «Молодежный научный форум: технические и математические науки»

Секция: Физико-математические науки

Выходные данные
Протасов Н.М., Вербитская А.К., Покацкая А.П. [и др.] Исследование причин излома путевого шурупа промежуточного скрепления ЖБР-Ш65 // Молодежный научный форум: Технические и математические науки: электр. сб. ст. по мат. L междунар. студ. науч.-практ. конф. № 10(50). URL: https://nauchforum.ru/archive/MNF_tech/10(50).pdf (дата обращения: 27.02.2024)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 84 голоса
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

Исследование причин излома путевого шурупа промежуточного скрепления ЖБР-Ш65

Протасов Никита Михайлович
студент, Иркутский государственный университет путей и сообщений, РФ, г. Иркутск
Вербитская Анастасия Константиновна
студент, Иркутский государственный университет путей и сообщений, РФ, г. Иркутск
Покацкая Анастасия Павловна
студент, Иркутский государственный университет путей и сообщений, РФ, г. Иркутск
Веретенникова Елена Егвеньевна
студент, Иркутский государственный университет путей и сообщений, РФ, г. Иркутск
Туманов Дмитрий Олегович
студент, Иркутский государственный университет путей и сообщений, РФ, г. Иркутск
Науменко Дмитрий Алексеевич
научный руководитель, старший преподаватель, Иркутский государственный университет путей и сообщений, РФ, г. Красноярск

 

Важнейшим элементом верхнего строения железнодорожного пути является промежуточное скрепление, прикрепляющее рельсы к шпалам [1, с. 12]. Без этого узла, работоспособность пути в принципе невозможна, так как становится возможна раскантовка рельса, изменение ширины колеи и как следствие – сход поезда с рельсов.

Однако в ходе эксплуатации у скрепления ЖБР-65Ш было выявлено, что при недостаточной затяжке шурупа, имелись случаи его излома из-за передачи боковых нагрузок от подвижного состава на вертикальный упор упорной скобы, которая при смещении и ломала шуруп (Рисунок 1). Излом выражается в отрыве головки от тела.

 

Рисунок 1. Путевой шуруп ЦП-54

 

Более того в публикациях журналов: «Путь и путевой хозяйство», «Железные дороги мира», «Вестник ВНИИЖТ», газеты «Гудок» за последние 5 лет вопрос усиления шурупов абсолютно не освещался, что подтверждается выполненным литературным обзором.

Таким образом, упомянутый дефект скрепления ЖБР-Ш может рассматриваться, как актуальная научная проблема, поскольку планы технической политики ОАО «РЖД» не предусматривают его замены в ближайшее время. В рамках данной работы ставилась задача исследования шурупов.

Для проведения исследований нашей научной группе были предоставлены опытные образцы в определенном количестве Красноярской дирекцией по ремонту пути. Остальная часть опытных образцов была добыта собственными силами. Один из образцов приведён на рисунке 2.

 

Рисунок 2. Опытный образец №1

 

Более подробное исследование причин излома шурупа становится невозможным из-за отсутствия привязки к местности опытных образцов.

Опрос работников дистанции пути позволил установить значительно большую частоту излома в кривых малого радиуса грузонапряженных участков. Было принято решение отобрать некоторое количество разрушенных шурупов, после чего перейти к исследованию параметров излома с целью выявления его причин методами материаловедения и сопротивления материалов [2, с. 48].

В 95% случаях излом путевого шурупа произошел в пределах второго витка.

На основании нормативных показателей прочности стали, были произведены расчеты на прямой разрыв и разрушение на скручивание. Металлографическое исследование опытных образцов произвести не удалось.

Угол разрыва

, град                                (1)

где: минимальная высота грани шурупа,

максимальная высота грани шурупа,

 ширина шурупа.

Разница высот граней шурупа

, мм                                (2)

Длина разрыва

, мм                                                (3)

Площадь сечения

, мм2                                                    (4)

Продольное напряжение для наклонного сечения

, Мпа                                            (5)

Касательное напряжение для наклонного сечения

, Мпа                                        (6)

где: продольное напряжение.

Растягивающая сила

, кН                                                      (7)

Моменты сопротивление

, мм3                                              (8)

, мм3                                              (9)

Крутящие моменты

, м·Н                                        (10)

, м·Н                                        (11)

Отметка позиции

, мм                                  (12)

Полученные характеристики излома шурупа указывают на то, что он ломается под действием боковой силы (Рисунок 3).

 

Рисунок 3. Излом путевого шурупа

 

Однообразие статистических характеристик местоположения излома позволяет нам утверждать, что шурупы были сломаны одним и тем же действующим фактором.

В рамках опровержения гипотезы о других возможных причинах излома нами были произведены расчеты предельной растягивающей силы и предельных крутящих моментов, соответствующих разрушению на разрыв и на срез исходя из паспортных характеристик материала [3, с. 25]. Полученные значения составили: 77 кН растягивающая сила на разрыв и 483 Нм крутящий момент. Сравнение полученных сил и моментов производилось с расчетами пути на прочность и с крутящим моментом путевого инструмента.

Таблица 1.

Статистический анализ

Номер измерения

минимальное

максимальное

среднее

угол разрыва

ширина сечения

расчетная длина разрыва

расчетная площадь

расчетное усилие растяжения

расчетный скручивающий момент

1

104,7

116,7

110,7

42,7094

13

17,6918

180,6365

47,7908

780,4677

2

95,2

105,7

100,45

34,992

15

18,3098

215,7076

70,9374

909,1987

3

92,2

96,6

94,4

15,4683

15,9

16,4976

206,0189

93,7686

428,0888

4

87,8

92

89,9

14,7968

15,9

16,4454

205,3669

94,0663

408,6303

5

95,7

107,3

101,5

41,9627

12,9

17,3485

175,7686

47,6204

742,8898

6

97,4

101

99,2

14,226

14,2

14,6494

163,3778

75,2205

279,3613

7

94

96,2

95,1

8,5117

14,7

14,8637

171,6068

82,2452

182,955

8

91,6

96,5

94,05

17,7583

15,3

16,0655

193,0524

85,7958

441,4341

9

93,4

100,4

96,9

25,7693

14,5

16,1012

183,3653

72,8669

566,3971

10

94,1

98,9

96,5

19,3087

13,7

14,5165

156,1973

68,1686

346,7124

11

93,7

96,4

95,05

10,4077

14,7

14,9459

172,5557

81,7929

224,5357

12

92

96,5

94,25

14,9103

16,9

17,4889

232,1336

106,2147

494,6214

Минимум

87,8

92

89,9

8,5117

12,9

14,5165

156,1973

47,6204

182,955

Максимум

104,7

116,7

110,7

42,7094

16,9

18,3098

232,1336

106,2147

909,1987

Среднее

94,31666667

100,35

97,33333

21,7351

14,725

16,243683

187,982283

77,2073417

483,7743583

Диапазон

16,9

24,7

20,8

34,1977

4

3,7933

75,9363

58,5943

726,2437

Проценты

17,92%

24,61%

21,37%

157,34%

27,16%

23,35%

40,40%

75,89%

150,12%

СКО

4,057279279

6,694841977

5,260976

11,8947

1,19020

1,2936128

22,7985950

17,5929056

228,0162779

 

4,30%

6,67%

5,41%

54,73%

8,08%

7,96%

12,13%

22,79%

47,13%

Ошибка среднего значения

1,171235642

1,932634409

1,518713

3,43372

0,34358

0,3734338

6,58138749

5,07863439

65,82262971

Показатель точн. Ср. знач.

1,24%

1,93%

1,56%

15,80%

2,33%

2,30%

3,50%

6,58%

13,61%

 

Таким образом достигнутые результаты позволяют сделать вывод, что все остальные причины, кроме излома под действием боковой силы или некачественного изготовления шурупа можно заведомо исключить.

 

Список литературы:
1. Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути. №2288р от 14.11.2016 г.
2. ГОСТ Р 54747-2011 Шпалы железобетонные для железных дорог колеи 1520 мм. Общие технические условия.
3. Шурупы путевые удлиненные с шестигранной головкой ЦП 54 ТУ 1293-165-01124323-2005.